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1、第十章 塑料注射模具制造与实例,10-1 塑料模具制造特点10-2 塑料注射模具零件常用加工方法10-3 塑料注射模具装配 10-4 塑料注射模具设计与制造实例,10.1 塑料注射模具制造特点,要保证模具质量要保证模具制造周期要保证模具使用寿命要保证模具成本低廉 要提高模具的加工工艺水平 要保证良好的劳动条件,一、塑料注射模具制造过程的基本要求：,10.1 塑料注射模具制造特点,1.接受设计任务（设计任务书、开模指令）2.原始资料分析（塑料分析、注塑机分析等）3.塑件基本参数计算（收缩率、公差选择等）4.模具结构确定（有无抽芯、何种顶出等)5.绘制模具结构草图（平面图、排位图、抽芯等）6.绘制
2、模具装配图（三维造型和分模）7.绘制模具零件图(出工程图)8.校核后投产 9.试模反馈后更改设计至合格,二、塑料模具设计流程：,(1)经过审签的正规塑件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度、颜色等。(2)塑料制件说明书或技术要求。(3)生产批量。(4)如果是仿制，则提供塑料制件样品。,1、接受任务书,二、塑料模具设计流程：,(1)塑件分析 塑料的分析 塑件成型工艺性分析(2)熟悉工厂实际情况(3)熟悉有关参考资料及技术标准,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,2、原始资料分析,(1)确定成型工艺方法(2)塑件成型工艺过程的制定(3)成型工艺条件的确定(4)选择成型设备(5)工
3、艺文件的制定,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,3、塑件成型工艺规程的制定,(1)确定塑件成型位置及分型面(2)模具型腔数的确定，浇注系统和排气系统的设计。(3)确定主要成型零件，结构件的结构形式。(4)侧向分型抽芯机构的设计。(5)选择塑件的推出方式(推杆、推管、推板、组合式推出)。(6)拉料杆形式的选择。(7)模具外形结构及所有连接、定位、导向件位置的设计。(8)决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,4、模具结构设计,参照有关塑料模架标准和其他零件标准，绘制模具结构草图，为正式绘图作
4、好准备。,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,5、绘制模具结构草图,模具总装图内容:(1)模具成型部分结构。(2)浇注系统、排气系统结构。(3)分型面及分模取件方式。(4)外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。(5)辅助工具(取件卸模工具，校正工具等)。(6)按顺序将全部零件序号编出，填写明细表。(7)标注模具必要尺寸，如模具总体尺寸、特征尺寸、装配尺寸、极限尺寸。(8)标注技术要求和使用说明。,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,6、绘制模具装配图,由模具总装图拆画零件图的顺序为:先内后外，先简单后复杂。通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，
5、认真绘制，其余零部件尽量采用标准件。(1)根据需要按比例绘制零件图，视图选择要合理。(2)标注尺寸要集中、有序、完整。(3)根据零件的用途正确标注表面粗糙度。(4)填写零件名称、图号、材料牌号、热处理和硬度要求表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术要求等都要正确填写。,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,7、绘制零件图,(1)校对(2)审图(3)投产制造,10.1 塑料注射模具制造特点,二、塑料模具设计流程：,8、校核后投产,一、注射模模架,1.模架的结构组成,图10-1 注射模模架 1-定模座板；2-定模板；3-动模板；4-导套；5-支撑板；6-导柱；7-垫块；8-
6、动模座板；9-推板导套；l0-导柱；11-推杆固定板；12-推板,安装模具工作零件和其他零件，保证模具工作部分有正确的相对位置。,10.2 塑料注射模具常用加工方法,2.模架的技术要求,安装或支撑成形零件和其他结构零件的基础，保证零件（如型芯型腔）的准确对合，导柱、导套和复位杆等零件装配后要运动灵活、无阻滞现象。,模架组合后其安装基准面应保持平行，其平行度公差等级见下表。,模具主要分型面闭合时的贴合间隙值应符合下列要求：级精度模架为0.02mm；级精度模架为0.03mm；级精度模架为0.04mm。,3.模架零件的加工,基本组成零件有三种类型：导柱、导套及模板类零件。,图10-9,内、外圆柱面加
7、工,模板平面的平面度和平行度以及导柱、导套安装孔的尺寸精度、孔与模板平面的垂直度要求。,3.模架零件的加工,基本组成零件有三种类型：导柱、导套及模板类零件。,在平面加工过程中要特别注意防止弯曲变形。粗加工后若有变形可利用电磁吸盘把这种变形矫正过来，磨削后加工表面的形状误差并不会得到矫正。精度更高的平面，应采用刮研方法加工。,图10-9,3.模架零件的加工,基本组成零件有三种类型：导柱、导套及模板类零件。,位置精度：采用坐标镗床、双轴坐标镗床或数控坐标镗床进行加工。精度要求较低也可在卧式镗床或铣床上，将动、定模板重叠在一起，一次装夹同时镗出相应的导柱和导套的安装孔。模板的装夹如图10-9所示。,
8、图10-9,(a)单个模板镗孔(b)模板同时镗孔1-模板 2-镗杆 3-工作台 4-等高垫铁 图10-9 模板的装夹,图10-10 浇口套,（1）浇口套的加工,常见的浇口套有两种类型，如图10-10所示。,4.其他结构零件的加工,工艺分析：与一般套类零件相比，浇口套锥孔（主流道）小，锥度为26，其小端直径一般为38mm。其加工较难，同时还应保证浇口套锥孔与外圆同轴，以便在模具安装时通过定位圈使浇口套与注射机的喷嘴对准。,工艺过程：,表10-7,图9-11 斜销抽芯机构,当注射成型带有侧凹或侧孔时，模具必须带有侧向分型或抽芯机构，下图为一种斜销抽芯机构的结构图，在侧型芯滑块上装有侧型芯或成型镶块
9、。,1-动模板；2-限位块；3-弹簧；4-侧型芯滑块；5-斜销；6-楔紧块；7-凹模固定板；8-定模座板,（2）侧型芯滑块的加工,滑块与滑槽的配合部分B1、h3常选用H8/g7或H8/h8，其余留有较大的间隙。配合面的表面粗糙度小于Ra0.631.25mm。滑块材料常采用45钢或碳素工具钢，导滑部分可局部或全部淬硬，硬度为4045HRC。,图9-12 侧型芯滑块,表10-8 侧型芯滑块的加工工艺过程,（一）、加工特点,二、凸模型芯类零件的制造工艺,凸模加工一般是外形加工。凸模一般都由两部分组成，即工作部分和安装部分。当凸模有强度要求时，其表面不允许出现影响强度的沟槽，各连接部分应采用圆弧过渡。
10、对于塑料模，为了使塑件容易从凸模上脱下，凸模往往带有一定的脱模斜度。,圆形凸模,10.2 塑料注射模具常用加工方法,（二）、圆形凸模的加工工艺,圆形凸模的制造简单，毛坯一般采用棒料，在车床上进行粗加工和半精加工，经热处理后，在外圆磨床上精磨，最后将工作部分抛光及刃磨即可。,（三）、非圆形凸模的加工工艺,刃口轮廓精加工的传统加工方法有压印锉修和仿形刨削。这两种方法是在热处理前进行的，凸模的加工精度必然会受到热处理变形的影响。但若选用热处理变形小的材料，并改进热处理工艺，热处理后凸模尺寸的微小变化可由钳工修整，因此，这两种工艺仍有较普遍的应用。凸模工作表面的先进加工方法是电火花线切割加工和成型磨削
11、，它们是在凸模热处理后才进行精加工的，尺寸精度容易保证。,图9-13 用凹模压印凸模,1.压印锉修,当凸、凹模配合间隙小，精度要求较高时，缺乏先进模具加工设备的条件下，压印锉修是模具钳工常采用的一种方法，它最适合于无间隙冲模的加工。,1-凸模（压印件）2-淬硬凹模（基准件）,将未经淬硬、并留有一定挫修余量的凸模垂直放置在已加工完成并经淬硬的凹模上，加以压力，通过凹模刃口的切削与挤压作用，在凸模上压出印痕。钳工按印痕均匀地锉修四周余量，加工出凸模。,图9-14所示的凸模的主要技术要求：材料CrWMn，热处理硬度5862HRC，表面粗糙度Ra0.63m m，与凹模双面间隙为0.03mm。由于凸模与
12、凹模配合间隙小，该凸模采用压印锉修进行加工。,压印锉修工程实例：,图9-14 凸模,仿形刨床用于加工由圆弧和直线组成的各种形状复杂的凸模。加工精度为0.02mm，表面粗糙度可达Ra0.81.6mm。,2.仿形刨削,精加工前，先预加工，并将必要的辅助面（包括凸模端面）磨平。然后在凸模端面上画出刃口轮廓线，并在铣床上加工凸模轮廓，留有0.20.3mm的单面精加工余量，最后用仿形刨床精加工。因刨削后的凸模在经热处理淬硬后需研磨工作表面，所以，一般应留0.010.02mm的单边余量。,采用仿形刨床加工时，凸模的根部应设计成圆弧形，可增加凸模的刚性。,凸模根部圆弧过渡,注意事项：为便于加工，一般应将凸模
13、设计成直通式，且其尺寸不宜超过线切割机床的加工范围。加工时，应考虑工件的装夹、切割路线等。,3.线切割加工,特点:提高了自动化程度，简化了加工过程，缩短了生产周期，而且提高了模具的质量。,工程实例：,图10-15 线切割加工凸模,特点:具有高精度、高效率等优点。,4.成型磨削,选择基准和确定磨削程序时应考虑以下几点：当凸模有内形孔时，先加工内形孔并以其为基准加工凸模外形。选择大平面作为基准面，先磨基准面及有关平面，以增加加工的稳定性并易于测量。如无大平面时，可添加工艺平面。先磨削精度高的部分，后磨削精度低的部位，以减少加工中的积累误差。先磨平面后磨斜面及凸圆弧，先磨凹圆弧后磨平面及凸圆弧，这样
14、便于加工成型及达到精度要求。最后磨去添加的工艺基准及装夹部分。,注意事项：为了便于成型磨削，凸模一般设计成直通式；对于半封闭式的凸模，则应设计成镶拼结构，即将凸模分解成几件，分别进行磨削，最后装配成一件完整的凸模。成型磨削前，首先要了解机床的特性，并有效地利用各种夹具和成型砂轮，然后根据凸模的形状选择合理的基准面及工艺孔基准，并进行工艺尺寸换算，最后确定磨削程序。,成型磨削工程实例：,图9-16 凸模,如图9-16所示，采用万能夹具对刃口工作型面进行成型磨削加工。,工艺尺寸计算过程：（1）确定工艺中心和工艺坐标（2）计算各工艺中心的坐标尺寸（3）计算d面到工艺中心O1的距离（4）计算各圆弧的圆
15、心角,图10-16所示的凸模采用万能夹具进行成型磨削的加工工艺过程见表10-9。,图10-17 工艺尺寸计算图 图10-18 成型磨削工序图,表10-9,表10-9 凸模成形磨削加工工艺过程（采用万能夹具）,（一）、加工特点,三、凹模型孔的制造工艺,一般为内形加工，加工难度大。镗孔时，有位置精度要求，加工时要求确定基准，并准确确定孔的中心位置，增加难度。凹模淬火前，其上所有的螺钉孔、销钉孔以及其他非内腔加工部分均应先加工好，否则会增加加工成本，甚至无法加工。为了降低加工难度，减少热处理的变形，防止淬火开裂，凹模类零件经常采用镶拼结构。,10.2 塑料注射模具常用加工方法,1.单圆形型孔凹模,工
16、程实例：图10-19所示为一圆筒形拉深件的凹模，材料选用Cr12，热处理淬火硬度为5862HRC。,图10-19,（二）、圆形型孔凹模的加工,这类凹模制造工艺比较简单，毛坯经锻造、退火后进行车削（或铣削）及钻、镗型孔，并在上、下平面和型孔处留适当磨削余量。再由钳工划线，钻所有固定用孔、攻螺纹、铰销孔，然后进行淬火、回火。热处理后磨削上、下平面及型孔即成。,加工注意事项：平面磨削时，一定要以先车的面即A面作为基准，磨出B面，然后再磨A面。内孔精磨后，一定要修整及研光孔口圆角R。,图10-20 凹模孔口,工艺过程：,图10-19 拉深凹模,2.多圆形型孔凹模,图10-21,（1）单件孔系的加工,划
17、线找正法 试镗法坐标法 立式铣床加工坐标镗床或坐标磨床加工,对于同一零件的孔系加工，常用方法有如下几种：,图10-22,冲裁模中的连续模和复合模，凹模有时会出现一系列圆孔，各孔尺寸及相互位置有较高的精度要求，这些孔称为孔系。加工时除保证各型孔的尺寸及精度外，还要保证各型孔之间的相对位置。,图10-21 试镗法加工孔系,1-立铣床；2-检验棒；3-百分表；4-量块组图10-22 附加百分表在铣床上镗孔,图10-23,（2）相关孔系的加工,同镗（合镗）加工法,对于同一零件的孔系加工，常用方法有如下几种：,配镗加工法 为保证零件使用性能，许多零件都要进行热处理。热处理后零件会发生变形，使热处理前的孔
18、位精度受到破坏，如上模与下模中各对应孔的中心会发生偏斜等。在这种情况下，可以采用配镗加工法，即加工某一零件时，不按图样的尺寸和公差进行加工，而是按与之有对应孔位要求的热处理后的零件实际孔位来配做。,图10-24,坐标磨削法 配镗不能消除热处理对零件的影响，加工出的孔位绝对精度不高。为了保证各相关件孔距的一致性和孔径精度，可以采用高精度坐标磨削的方法来消除淬火件的变形，保证孔距精度和孔径精度。,图10-23 模板的同镗加工,图10-24 双轴镗床同时镗孔,对于上、下模座的导柱孔和导套孔，动、定模模板的导柱孔和导套孔以及模板与固定板的销钉孔等，可以采用同镗加工法。同镗加工法就是将孔位要求一致的两个
19、或三个零件用夹钳装夹固定在一起，对同一孔位的孔同时进行加工，如图10-23所示。在有双轴镗孔机时，可将模板的两孔同时镗出（见图10-24），这样更容易保证孔距的一致性。,（三）、非圆形型孔凹模的加工,在缺少精密加工机床的情况下，可用锉削加工或压印法对型孔进行精加工。目前，较先进的加工方法主要有电火花线切割加工和电火花成型加工。此外，尺寸较大的型孔常用仿形铣床进行平面轮廓仿形加工，而精度要求特别高的型孔，则需用坐标磨床进行精密磨削。若将凹模设计成镶拼结构的话，还可应用成型磨削方法加工型孔。,非圆形型孔凹模通常采用矩形锻件作为毛坯，型孔精加工之前，首先要去除型孔中心的余料。去除中心余料的方法如下：
20、,沿洞口轮廓线钻孔（见图10-25）用带锯机切除废料 气割,图10-25 沿型孔轮廓线钻孔,1.锉削加工,锉削前，先根据凹模图样制作一块凹模样板，并按照样板在凹模表面画线，然后用各种形状的锉刀加工型孔，并随时用凹模样板校验，锉至样板刚好能放入型孔内为止。此时，可用透光法观察样板周围的间隙，判断间隙是否均匀一致。锉削完毕后，将凹模热处理，然后用各种形状的油石研磨型孔，使之达到图样要求。,去除型孔余料后，可采用下列方法对型孔进行半精加工或精加工。,压印锉修加工是模具钳工常用的一种方法，主要应用于缺少机械加工设备的工厂、试制模具或凸模与凹模型孔要求间隙很小甚至无间隙的冲裁模具的制造中。这种方法能加工
21、出与凸模形状一致的凹模型孔，但型孔精度受热处理变形的影响较大。,图10-26,2.压印锉修,压印锉修是利用已加工好的凸模对凹模进行压印的，其压印方法与凸模的压印加工基本相同。如图10-26所示，将准备好的压印件（凹模板）和压印基准件（凸模）置于压床工作台的中心位置，用找正工具（如角尺）找正二者的垂直度。在凸模顶端的顶尖孔中放一个合适的滚珠，以保证压力均匀和垂直，并在凸模刃口处涂上硫酸铜溶液，启动压床缓慢压下。压印时，第一次压印深度为0.20.5mm，以后各次的压印深度可以逐次加深；每次压印都要锉去多余的金属，直至压印深度达到图样要求为止。,图10-26 压印过程,图10-27 多型孔的压印锉修
22、,对于多型孔的凸模固定板、卸料板和凹模型孔等，要使各型孔的位置精度一致，可利用压印锉修方法或其他加工方法加工好其中的一块，然后以此块作为导向，按压印锉修的方法和步骤加工另一块板的型孔，即可保证各型孔的相对位置，如图10-27所示。,3.铣削,在仿形铣床上采用平面轮廓仿形，对型孔进行半精加工或精加工，其加工精度可达0.05mm，表面粗糙度可达Ra1.52.5mm。仿形铣可以获得形状复杂的型孔，减轻工人的劳动强度，但需要制造靠模，生产周期长。通常靠模用易加工的木材制造，因受温度、湿度的影响极易变形，影响加工精度。,用数控铣床加工型孔，容易获得比仿形铣削更高的加工精度。且不需要制造靠模，通过数控指令
23、使加工过程实现自动化，降低对操作工人的技能要求，生产率高。此外，还可以采用加工中心加工凹模型孔，经一次装夹不但能加工出非圆形型孔，还能同时加工出固定用的螺孔和销孔。,在没有仿形铣床和数控铣床时，也可在立铣或万能工具铣床上加工型孔。铣削时按型孔轮廓线，并留出一定的锉削加工余量，手动操作铣床工作台的纵、横运动进行加工。该方法对操作者的技术水平要求较高，劳动强度大，加工精度较低，生产率低，且加工后钳工修正工作量大。,4.电火花成型加工型孔,加工特点：是在凹模热处理后进行的，所加工出的型孔表面呈颗粒状麻点，有利于润滑，能提高冲件质量和延长模具寿命。与线切割加工相比，电火花机床需要制作成型电极，制模成本
24、较高。电极的损耗会影响到加工精度。,凹模电火花穿孔工艺方法：直接法、混合法、修配凸模法和二次电极法。加工方法的选择主要根据凸、凹模的间隙而定，见表10-10。,采用电火花成型加工凹模的特点如下：采用整体模具结构。可减薄模板厚度。型孔尖角改用小圆角。刃口及落料斜度小。标出凸模的名义尺寸和公差。刃口表面粗糙度要求可适当加大。,图10-28,电火花加工与机械加工不同，在设计模具时，应根据电火花加工的特点，对模具结构等方面作相应的改革。这样不仅能使模具便于电火花加工，而且有利于提高模具质量。,图10-29,原因,电火花成型加工型孔实例1：图10-30所示凹模采用电火花加工，凹模材料为T10A，与凸模的
25、配合间隙为单边0.050.10mm，加工余量为单边34mm，要求刃口粗糙度Ra为0.8m。,图10-30 用电火花加工的凹模,图10-31 电火花加工用的电极L1凸模长度 L2电极长度,注：采用混合法，利用凸模加长一段铸铁后作为电极，电加工完成后去掉铸铁部分后做凸模用，如图9-31所示。,因凹模上有36个嵌线孔，且凸、凹模配合间隙要求较高，故选用组合电极结构形式，用冲头直接作电极。电极装夹如图10-32所示。专用夹具由镶块1、热套圈2、衬圈5、斜销3组成。其中36块镶块的精度要求很高，热处理后由成形磨削加工完成。装夹时只需将电极4插进镶块槽内，用斜销轻轻敲入夹紧。电极装夹后检查各电极平行度。,
26、电火花成型加工型孔实例2：SYL电动机转子冲模，凹模上有36个嵌线孔，材料为Cr12，刃口高度为12mm，淬火硬度为6264HRC，配合间隙为0.040.06mm（属小间隙配合）。,图10-32 电极装夹1-镶块 2-热套圈 3-斜销 4-电极 5-衬圈,5.电火花线切割加工型孔,当凹模形状复杂，带有尖角、窄缝时，线切割加工是一种精加工凹模型孔的方法。电火花线切割是在凹模热处理后加工型孔的，可避免热处理变形带来的不良影响，型孔加工精度高、质量好，制造周期短。但被加工工件的尺寸受机床的限制，而且加工出的型孔孔壁呈条纹状，线切割后需要钳工研磨，以保证凸、凹模的间隙均匀。在线切割之前，要对凹模毛坯进
27、行预加工，凹模的厚度和水平尺寸必须在机床的加工范围内，选择合理的工艺参数，还要安排好凹模的加工工艺路线，做好切割前的准备工作。,采用电火花线切割加工模具时，在模具材料的选用和模具结构方面，都应考虑线切割加工工艺的特点，以保证模具的加工精度，提高模具的使用寿命。为了提高线切割模具的使用寿命和加工精度，应选用淬透性能良好的合金工具钢或硬质合金来制造。对于精密细小、形状复杂的模具，不必采用镶拼结构。线切割模具所具有的结构特点。,电火花线切割加工型孔实例：图9-36所示凹模材料为Cr12MoV，凹模厚度为10mm，采用线切割加工。,图9-36 线切割加工的凹模,6.坐标磨削,坐标磨床是在淬火后进行孔加
28、工的机床中精度最高的一种，加工精度可达5m左右，表面粗糙度可达Ra0.2m。对于精度要求特别高的非圆形型孔，则需用坐标磨床进行精密磨削。坐标磨床综合运用基本磨削方法，可以对一些形状复杂的型孔进行磨削加工。,由于镶拼型孔能将型孔的内表面变换为外表面，便于机械加工，同时可以节约原材料，减少或消除热处理引起的变形，提高型孔的制造精度，便于维修更换，提高模具使用寿命等优点，因而在大、中型形状复杂的型孔或形状十分复杂的小型型孔的模具结构中得到广泛应用。如大、中型冲模型孔、塑料箱体类注射模、挤出中空吹塑模具等，一般都采用镶拼结构进行制造。,7.镶拼型孔的成型磨削,型孔的镶拼方法：拼接法和镶嵌法两种。,镶拼
29、型孔的成型磨削实例：如图9-39所示定子槽型孔拼块，材料为合金钢，由于加工精度要求较高，采用光学曲线磨床加工。,图9-39 定子槽型孔拼块,(a)镶拼结构(b)整体结构,采用整体结构可以减小模具的体积，提高模具的刚性，简化结构，从而减少了模具设计和制造的工作量。,电火花加工可采用整体模具结构,a.电火花加工避免了热处理变形的影响，原来考虑为了减小变形而增加的厚度已无必要；b.电火花加工后的模具，刃口平直，间隙均匀，耐磨性提高，模具寿命较长，减少了刃磨次数；c.从电火花本身来说，减薄模板厚度可以减少每副模具的加工工时，缩短模具制造周期；d.可以节省模具钢材。,电火花加工可减薄模板厚度的原因,电火
30、花加工的落料斜度一般为30 50；落料模的刃口斜度在10以内，复合模的刃口斜度为5左右。对落料模而言，斜度均比手工做的小（手工做的a1=15或30，a2=13），但因电火花加工的斜度在各个方向都比较均匀，故仍能顺利落料。,电火花加工模具的斜度,a1刃口斜度 a2落料斜度,电火花加工刃口及落料斜度小,图9-34 铣削台阶,图9-35 电火花加工凹模背面,凹模的刃口厚度：因为线切割加工所得的型孔不带斜度，所以凹模的刃口厚度应在保证强度的前提下尽量减薄，一般可以在凹模的背面用铣削加工来减薄凹模的刃口厚度（图9-34），这样也可以使线切割加工凹模更为方便。但在某些特殊情况下（图9-35），采用上述方法
31、不能保证凹模的强度时，可以先用线切割加工凹模，然后，再加工一个比凹模型孔稍大的紫铜电极，最后用这个电极在凹模的背面以电火花加工扩大型孔，使凹模背面得到斜度。,线切割模具所具有的结构特点,图9-37 拼接型孔,图9-38 镶嵌型孔1-制件 2-型孔体 3-镶件,拼接法是将型孔分成若干段，对各段分别进行加工后拼接起来，如图9-37所示。镶嵌法则是在型孔形状复杂或狭小细长的部位另做一个镶件嵌入型孔体内，如图9-38所示。,型孔的镶拼方法,型孔的分段要求：一般是将形状复杂的内形表面加工转换为外形表面加工；为防止刃口处的尖角部分加工困难，淬火时易开裂等，应在尖角处拼接，且镶块应避免做成锐角；型孔的凸出或
32、凹进部分容易磨损，为便于更换，应单独分成一段；有对称线的型孔应沿对称线分段。,9-4 型腔的制造工艺,模具型腔分类：按结构形式可分为整体式、镶拼式和组合式。按型腔的形状可分为回转曲面和非回转曲面两种。,回转曲面的型腔的加工工艺方法：可用车床、内圆磨床或坐标磨床进行加工，工艺过程较为简单。,非回转曲面的型腔的三种加工工艺方法：是用切削加工配合钳工修整进行制造。采用通用机床将型腔大部分多余材料切除，再由钳工进行精加工修整，生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。是应用仿形、电火花、超声波、电化学加工等专门的加工设备进行加工，可以大大提高生产的效率，保证加工质量。但工艺准备周期长，加工中工艺控制较复杂
33、，还可能对环境产生污染。是应用数控加工或计算机辅助模具设计和制造技术，可以缩短制造周期，优化模具制造工艺和结构参数，提高模具质量和使用寿命，这种方法是模具制造的发展方向。,一、回转曲面型腔的车削,车削加工主要用于加工回转曲面的型腔或型腔的回转曲面部分。,型腔车削加工中，普通内孔车刀用于车削圆柱、圆锥内形表面；为了保证质量和提高生产率，加工数量较多的回转曲面型腔可利用专用工具进行车削；对于球形面、半圆面或圆弧面的车削加工，一般都采用样板车刀进行最后的成形车削。,工程实例：图9-45所示对拼式塑压模型腔车削加工。,工艺分析：可用车削方法加工44.7mm的圆球面和21.71mm的圆锥面。为给车削加工
34、准备可靠的工艺基准，需先对坯料外形进行预加工，然后在车床上进行型腔车削。,图9-45,塑压模型腔车削过程。,塑压模型腔预加工过程。,图9-45 对拼式塑压模型腔,图9-46 拼块上的工艺螺孔和导钉孔,图9-47 划线,塑压模型腔预加工过程,塑压模型腔车削过程,表9-11 对拼式塑压模型腔车削过程,二、非回转曲面型腔的铣削,在模具型腔的制造中，常用的铣削加工设备有普通立式铣床、万能工具铣床和仿形铣床。其中，立式铣床、万能工具铣床主要用于加工中、小型模具非回转曲面的型腔，对于大型模具一般应用仿形铣床加工非回转曲面的型腔。,在立铣床和万能工具铣床上，用各种不同形状和尺寸的立铣刀，借助夹具（如回转工作
35、台、正弦台、虎钳等）和辅具，可对非回转曲面的型腔进行加工。一般精铣型腔的表面粗糙度可达Ra1.252.5m，精铣后留适当的修磨、抛光余量（0.050.1mm），再由钳工加工达到图样要求。,图9-51,为了能加工出各种特殊形状的型腔表面，必须备有各种不同形状和尺寸的指状铣刀。按刀刃的数量进行分类，指状铣刀分为单刃指状铣刀、双刃指状铣刀和多刃指状铣刀。,1.普通铣床加工型腔,工程实例：图9-51所示的起重吊环锻模型腔的铣削。,图9-48,图9-49,图9-48 单刃指形铣刀,图9-49 双刃指状铣刀,工程实例：图9-51所示的起重吊环锻模型腔的铣削。,图9-51 起重吊环锻模型腔,仿形铣床可以加工
36、各种结构形状的型腔，特别适合于加工具有曲面结构的型腔，如图9-56所示的锻模型腔。在仿形铣床上加工型腔的效率高，其粗加工效率为电火花加工的4050倍，尺寸精度可达0.05mm，表面粗糙度为Ra1.60.8m。,图9-56,由于铣刀强度的限制，不能加工出内清角和较深的窄槽等。因此，对于要求较高的模具来说，仿形铣削一般只作为粗加工工序，加工时留有12mm的余量，最后用电火花或由模具钳工修整成形。仿形铣削之前，必须先做好准备工作，包括制作靠模、选择适当的仿形触头和铣刀等，然后才开始进行仿形加工。,2.仿形铣床加工型腔,图9-56 锻模型腔（飞边槽未表示出来）,图9-57,3.电加工,（2）电火花线切
37、割加工 电火花线切割加工只能加工通孔，需要加工型腔时，必须将型腔设计成镶拼结构。线切割的加工精度一般可控制在0.01mm，但加工表面较粗糙，表面粗糙度Ra小于2.5m。这样的表面粗糙度对脱模虽无妨碍，但当成形件要求表面光滑时，线切割加工的表面必须经过抛光才能达到要求。,（1）电火花成形加工 电火花加工可用于加工整个型腔，也可加工型腔的某一部分，如机械加工困难的深槽、窄槽或带有文字花纹等部位，其加工精度高，但在应用此工艺时必须考虑，加工出的型腔带有微小的斜度，轮廓转折处存在小圆角；加工后的型腔表面呈粒状麻点，当塑料成型件的精度要求较高时，经电火花加工的表面还必须进行手工抛光或机械抛光。由于加工表
38、面上有硬化层，抛光较费时。,工程实例：电火花成型加工图9-57所示的注射模镶块。,（3）电铸加工,图9-57 注射模镶块,材料为40Cr，硬度为HRC3840，加工表面粗糙度为Ra0.8m，要求型腔侧面棱角清晰，圆角半径R0.2mm。,图9-58 电极结构与尺寸,（3）电铸加工,加工特点:复映性能良好，尺寸稳定。,电铸件（模具型腔）的好坏取决于母模（型芯）的加工精度和表面粗糙度。根据电铸的材料不同，电铸可分为电铸镍、电铸铜和电铸铁。,电铸加工型腔的一般工艺过程：型芯设计与制造型芯预处理电铸清洗脱模机械加工镶入模套,图9-59 电铸型芯的尺寸及形状,图9-60 电铸型腔与模套组合及脱模,9-5
39、模具快速成型制造技术,快速原型制造技术（Rapid Prototyping Manufacturing，RPM技术），又称快速成型技术，是20世纪80年代末至90年代初发展起来的高新制造技术，是一种典型的材料累加法加工工艺。它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因此，可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂形状的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段相结合，已成为现代模型、模具和零件制造的重要手段，在航空航天、汽车摩托车、家用电器等领
40、域得到了广泛应用。,一、快速成型技术的基本原理与工艺过程,基本原理：可分为离散和堆积两个阶段。首先建立一个三维CAD模型，并对模型数据进行处理，沿某一方向进行平面分层离散化；然后通过专有的CAM系统（成形机）将成形材料一层层加工，并堆积成原型。,工艺过程：,图9-61 快速成型工艺过程,二、快速成型技术的工艺方法,原理：是用纸片、塑料薄膜或复合材料等片材，利用CO2激光束切割出相应的横截面轮廓，得到连续层片材料构成三维实体的模型图（如图9-62所示），然后由热压机对切片材料加以高压，使粘结剂熔化，层片之间粘贴成形。,1.物体分层制造法（Laminated Object Manufacturin
41、g，LOM）,特点：采用LOM法制造实体时，激光只需扫描每个切片的轮廓而非整个切片的面积，生产效率较高，使用的材料广泛，成本较低。,图9-62,lXY扫描系统；2光路系统；3激光器；4加热棍；5薄层材料；6供料滚筒；7工作平台；8回收滚筒；9制成件；10制成层；11边角料图9-62 物体分层制造法示意图,2.选择性激光烧结法（Selective Laser Sintering，SLS）,原理：是将金属粉末（含热熔性结合剂）作为原材料，利用高功率的CO2激光器，由计算机控制对其层层加热，使之熔化堆积成形，如图9-63所示。采用SLS法在烧结过程结束后，应先去除松散粉末，将得到的坯件进行烘干等后处
42、理。SLS法原料广泛，现已研制成功的就达十几种，范围覆盖了高分子、陶瓷、金属粉末及它们的复合粉末。,图9-63,特点：采用SLS法在烧结过程结束后，应先去除松散粉末，将得到的坯件进行烘干等后处理。SLS法原料广泛，现已研制成功的就达十几种，范围覆盖了高分子、陶瓷、金属粉末及它们的复合粉末。,1粉末材料；2激光束；3XY扫描系统；4透镜；5激光器；6刮平器；7工作台；8制成件图9-63 选择性激光烧结法示意图,原理：采用熔丝材料，将加热后半熔状的熔丝材料在计算机控制下喷涂到预定位置，逐点逐层喷涂成形，如图9-64所示。,3.熔化堆积造型法（Fused Deposition Modeling，FD
43、M）,特点：FDM法制造污染小，材料可以回收。,图9-64,1熔丝材料；2滚轮；3加热喷嘴；4半熔状熔丝材料；5制成件；6工作台图9-64 熔化堆积造型法示意图,原理：通过计算机软件对立体模型进行平面分层，得到每一层截面的形状数据，由计算机控制的氦镉激光发生器1发出的激光束2按照获得的平面形状数据，从零件基层形状开始逐点扫描。当激光束照射到液态树脂后，被照射的液态树脂发生聚合反应而固化。然后由Z轴升降台下降一个分层厚度（一般为0.010.02mm），进行第二层的形状扫描，新固化层粘在前一层上。就这样逐层地进行照射、固化、粘结和下沉，堆积成三维模型实体，得到预定的零件，如图9-65所示。,4.立
44、体平板印刷（Stereo Lithography Apparatus，SLA）,图9-65,1激光发生器；2激光束；3Z轴升降台；4托盘；5树脂槽；6光敏树脂；7制成件图9-65 立体平板印刷法固化成形示意图,5.三维印刷系统法（Three Dimensional Printing，TDP）,原理：是一种不依赖于激光的成形技术。使用粉末材料和粘结剂，喷头在一层铺好的材料上有选择性地喷射粘结剂，在有粘结剂的地方粉末材料被粘结在一起，其它地方仍为粉末。这样层层粘结后就得到一个空间实体，去除粉末进行烧结就得到所要求的零件。,图9-66,特点：TDP法可用的材料范围很广，尤其是可以制作陶瓷模。现在又出
45、现了采用多喷头TDP方法，如图9-66所示。该方法制作零件的速度非常快，成本较低。,图9-66 三维印刷系统法示意图,6.喷墨印刷法（Ink Jet Printing，IJP）,原理：喷墨印刷快速成型系统通常采用2个喷嘴，其中一个用于喷洒成形热塑性材料，另一个用于喷洒支承成形零件。这两个喷嘴能根据截面轮廓的信息，在计算机的控制下作XY平面运动，选择性地分别喷洒熔化的热塑性材料和蜡。此两种材料在工作平台上迅速冷却后形成固态的截面轮廓和支承结构。随后，用平整器平整上表面，使其控制在预定的截面高度。每层截面成形之后，工作台下降一个截面层的高度，再进行下层的喷洒，如此循环，直到完成加工。从工作室中取出
46、制件后，用溶剂除去蜡支承结构，最终获得原型零件。其工作原理如图9-67所示。,图9-67,1基底；2成形零件；3平整机构；4压电喷射头；5支承结构图9-67 喷墨印刷法示意图,特点：用该种方法制作的原型尺寸精度高，轮廓层厚很薄，无需手工抛光即可获得表面非常光洁的零件，可直接用于制模。,三、快速成型技术在模具制造中的应用,传统的快速模具制造是依据产品图样，把木材、石膏、钢板甚至水泥、石蜡等材料采用拼接、雕塑成形等方法制作原型。这种方法不仅耗时，加工精度也不高，尤其碰到一些复杂结构的零件时显得无能为力。通常的模具制造过程是由几何造型系统生成模具CAD模型，然后对模具所有成形面进行数控编程，得到它们
47、的CAM数据，利用信息载体控制数控机床加工出模具毛坯，再经电火花精加工得到精密模具。此方法需要人工编程，加工周期较长，加工成本相对较高。,快速成型技术制模的方法：直接法和间接法。,快速成型技术制模的优点：能够更快、更好、更方便地设计并制造出各种复杂的零件和原型，一般可使模具制造周期和成本降低2/34/5，而且模具的几何复杂程度越高，效益越明显。,1.直接法,采用LOM方法直接生成的模具可以经受200的高温，故可以作为低熔点合金的模具或蜡模的成形模具，还可以代替砂型铸造用木模。直接法生产模具还处于初步研究阶段。,2.间接法,（1）制作简易模具 如果零件的批量小或用于产品的试生产，则可以用非钢铁材料生产成本相对较低的简易模具。这类模具一般用快速成型技术制作零件原型，然后根据该原型翻制成硅橡胶模、金属模、树脂模或石膏模，或对零件原型进行表面处理，用金属喷镀法或物理蒸发沉积法镀上一层熔点较低的合金来制作模具。,（2）制作钢质模具 陶瓷型精密铸造法 石蜡精密铸造法 用化学粘结钢粉浇铸型腔 制作电极，制成钢模,
